Компоненты для гальваники. Гальваника в домашних условиях

12.06.2019

Цинкование как распространенный способ коррозийной защиты металлов

При создании качественных и долговечных металлических покрытий чаще всего применяют именно технологию цинкования. Это объясняется невысокой стоимостью расходных материалов и отличным результатом. Само цинкование происходит по простейшей технологии. Для ее осуществления не нужны дополнительные расходы и много усилий, что позволяет проводить подобную обработку в домашних условиях.

Цинковое покрытие формируется в результате того, что цинк вступает в реакцию окисления с кислородом, находящимся в составе воздуха. В последующем на поверхности обрабатываемого металла образуется прочная защитная пленка, которая ограждает его от негативного воздействия внешней среды.

Цинк является более активным металлом, чем железо или сталь. Поэтому он в первую очередь взаимодействует с кислородом и водой, предотвращая коррозию. Даже если на поверхности изделий из металла присутствует хоть часть покрытия, оно защищает его от разрушения.

Проведение цинкования в домашних условиях

Технологический процесс цинкования подразумевает под собой осаждение катионов металла на аноде. Подобная химическая реакция протекает в ванне с электролитом при воздействии электрического тока.

Где найти электролит

В качестве электролита можно использовать любой раствор солей цинка. Самыми популярными и легкодоступными считаются хлорид цинка и соляная кислота. Также электролит с необходимыми свойствами можно получить методом травления цинка в серной кислоте. Эту реакцию следует проводить очень осторожно. Она сопровождается выделением большого количества тепловой энергии и взрывоопасного водорода.

Травление цинка в серной кислоте с выделением водорода и получением солей цинка

Как получить цинк

Для цинкования в домашних условиях необходимо подготовить цинк, который можно получить следующими способами:

используя обычные солевые батарейки;
плавкие предохранители времен Советского Союза;
любые детали с цинковым покрытием;
чистый металл, который можно найти в соответствующих магазинах, где продаются химические реактивы.

Подготовка к выполнению процедуры

Для создания качественного металлического покрытия следует выполнить несколько подготовительных операций:

подготавливают гальваническую ванну. Ее роль может выполнять любая стеклянная или пластиковая тара;
устанавливают штативы для анода и катода;
электролит не должен содержать в составе нерастворенные кристаллы соли , для чего дополнительно вводят дистиллированную воду;
роль анода выполняет цинковая пластина. Чем больше ее площадь, тем качественнее получится покрытие;
к аноду присоединяется плюс от источника питания. Данных элементов при желании может быть несколько;
к катоду присоединяется минус. На его поверхности будут осаждаться частицы цинка;
катод должен быть очищен от ржавчины и любых загрязнений. Перед обработкой его дополнительно окунают в раствор кислоты;
катод должен находиться на одном расстоянии от анода, чтобы получилось равномерное покрытие со всех сторон;
в качестве источника питания применяют любой аккумулятор или блок питания с постоянным током на выходе;
чем больше сила тока и вольтаж, тем быстрее будет происходить реакция и тем рыхлее получится защитная пленка;
при использовании автомобильного аккумулятора в цепь включают лампочку накаливания до 20 Вт для снижения силы тока.

Устройство для цинкования в домашних условиях

Технология создания цинковой пленки

Для создания качественного защитного покрытия на поверхности металла после проведенных подготовительных операций источник тока подключают к сети, а катод окунают в гальваническую ванну. Данный процесс должен проходить без бурного кипения. Если такое наблюдается, можно заподозрить слишком большую силу тока в системе. Чтобы снизить ее, в электрическую цепь присоединяют несколько дополнительных потребителей.

Постепенно на поверхности катода будет формироваться металлическое покрытие. Чем дольше протекает этот процесс, тем больше будет толщина защитного слоя на металле.

Популярные методы

Существует много эффективных химических способов выполнения цинкования, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. В любом случае созданное покрытие будет служить долго, если не подвергать его механическим воздействиям и правильно выбрать толщину защитного слоя с учетом особенностей эксплуатации изделий.

Горячий метод

Данный способ цинкования является одним из самых эффективных. После проведения подобной обработки удается создать надежное покрытие, которое надолго остается на поверхности металлических изделий. Недостатком горячего метода является его вредность для окружающей среды.

Для выполнения данной обработки необходимо придерживаться следующей технологии:

подготовка. Поверхность металла обезжиривают, проводят травление;
после выполнения подготовительных процедур деталь промывают и высушивают;
изделий из металла опускают в емкость с цинковым раствором.

Такой метод цинкования не подходит для обработки больших по площади деталей и требует определенной подготовки, поиска подходящих емкостей.

Холодный метод

Данный метод обработки подразумевает окраску металлоизделий специальными смесями. Они содержат в составе цинк, что позволяет в кратчайшие сроки сформировать на поверхности надежное покрытие. Наносят такую краску обычным способом – валиком, кистью, краскопультом. Такой метод обработки идеален для деталей, которые невозможно покрыть защитным слоем обычным горячим цинкованием.

Гальваническое цинкование

Схема гальванического цинкования

Такое цинкование в домашних условиях проводится с применением электрохимических воздействий на металл. При его выполнении на поверхности металла образуется тонкая защитная пленка, которая эффективно защищает металл от внешнего негативного воздействия.

Для обработки изделие помещают в специальную емкость, где находится цинковая пластина. После этого подводится электричество. Именно оно переносит частицы цинка с пластин на поверхность обрабатываемых изделий.

Основным недостатком данного метода называют его дороговизну. Также в процессе обработки металла остаются опасные яды, которые требуют специальной утилизации.

Термодиффузионное цинкование

При выполнении термодиффузионного цинкования создается среда, которая характеризуется наличием высоких температурных показателей. Примерно при +2600°С цинк расщепляется на мелкие частицы, которые оседают на поверхности металлических изделий. Основным преимуществом данного метода цинкования является то, что в результате его выполнения образуется особенно толстый защитный слой.

Процесс нанесения защитного покрытия на изделия из металла осуществляется в специальной камере закрытого типа. Вначале на поверхность детали наносится порошковый цинк, после чего она подвергается нагреву. Данная технология применяется исключительно в промышленных условиях. Дома ее использовать очень сложно, дорого и небезопасно.

Преимуществом термодиффузионного цинкования называют его безопасность для окружающей среды. Создаваемое покрытие имеет значительную толщину, что обеспечивает отличные защитные качества.

Нанесение цинка осуществляется при помощи интенсивного газового потока. После выполнения подобной обработки поверхность обязательно окрашивают. Несмотря на особенности подобной технологии, она обеспечивает высокое качество и долгий срок службы обрабатываемых деталей.

Гальваника - это раздел электрохимии, который занимается изучением нанесения электролитов на поверхность металлического изделия. Гальванический метод представляет собой процесс, при котором на изделие наносится металлическое покрытие в целях защиты от коррозии либо иного вида внешних воздействий. Однако в последнее время широкую популярность получила декоративная гальваника. И, несмотря на достаточно сложный технологический процесс, гальваника осуществляется в домашних условиях.

Этот процесс требует не только наличия определенных знаний в области химии и физики, но и оборудования, которое можно сделать самому.

Для этого необходимо:

Технологическая особенность и сложность гальванического хромирования , меднения, серебрения или иного покрытия заключается в многоэтапном процессе. На начальном этапе необходимо подготовить среду из вышеперечисленных материалов и приготовить электролит. Для его приготовления необходимы химические реактивы, отмеренные в определенных пропорциях с точностью до грамма. Разумеется, для достижения столь высокой точности нужны специальные весы (лучше всего электронные).

Затем можно приступать к следующему этапу: приготовленный электролит наливают в емкость, в нее опускают аноды и подключают к «+», а между ними помещают изделие, которое подключается к «-«, таким образом цепь замыкается, и высвобождаемый металл в электролите осаждается на поверхность изделия.

Подготовка изделия

Перед тем как приступить к нанесению покрытия на изделие, необходимо тщательно очистить его поверхность . Это очень важно, поскольку именно от этого этапа будет зависеть качество и долговечность покрытия. В этих целях изделие проходит через несколько этапов очистки: начиная от обезжиривания и кончая шлифовкой и пескоструйной обработкой . Для обезжиривания изделия могут использоваться любые вещества органического содержания, например, ацетон, растворитель, бензин или спирт. Однако раствор может быть и иным в зависимости от материала изделия.

В последнее время гальванические ванны получили широкое распространение, для придания декоративного эффекта ванны из чугуна и стали начали покрывать медью и никелем. Поэтому для обезжиривания изделий из таких материалов используются специальные горячие растворы из едких натров, жидкого стекла, натрия, окисленного фосфорной кислотой, или кальцинированной соды. Или же, если изделие изготовлено из цветного металла, используют раствор с хозяйственным мылом. Таким образом, изделие обезжиривают, начищают и шлифуют . А затем опускают в емкость с электролитом и анодами, где и происходит нанесение покрытия на поверхность.

Меры предосторожности при работе с химическими веществами

Прежде всего важно помнить, что гальваника - очень опасный процесс, поскольку вещества, используемые для приготовления электролита, очень токсичны, а особенно при нагреве, который необходим, неправильное обращение с химическими веществами может вызвать сильные ожоги или заболевания дыхательных путей. Поэтому специалисты рекомендуют не пренебрегать правилами безопасности:

Меднение представляет собой процесс нанесения токопроводящего слоя меди на поверхность изделия. В каких целях проводят меднение в домашних условиях? Как уже было сказано выше, гальваника проводится как в защитных, так и в декоративных целях . Меднение как раз можно отнести ко второму. Изделия из черных металлов смотрятся очень оригинально после меднения, более того, оно защищает их от коррозии, что немаловажно. Однако, как утверждают специалисты, меднение чугунных изделий может быть смертельно опасно, поэтому перед процессом изделия покрывают слоем никеля, а затем и медью.

Для меднения используют электролит с медным купоросом и раствором серной кислоты и воды, нагретый до комнатной температуры (18−20 градусов). Каждое изделие перед меднением или никелированием проходит через тщательную очистку, методы которой подбираются относительно металла, из которого изготовлено изделие. Например, изделия из алюминия должны быть предварительно очищены от оксидной пленки, этот процесс еще называется декапированием, а затем их промывают в специальном оксидном растворе из воды и серной кислоты.

Гальваническое хромирование и серебрение

Хромирование проводится в целях повышения стойкости и защиты от внешнего воздействия, однако не стоит забывать и о том, что хромированные изделия смотрятся довольно эффектно. Особенно если это колесные диски крутого элитного авто или детали мотоцикла. Итак, что касается самого процесса, перед хромированием проводится меднение или никелирование, как более нейтральный и универсальный способ. Либо изделие покрывают сначала никелем, потом медью и только после этого приступают к хромированию.

В качестве электролита используют такие вещества, как свинец, олово и сурьму в следующих пропорциях: 85×11×4%. В отличие от меднения или никелирования в процессе хромирования можно регулировать оттенок покрытия и цвет, они зависят от температуры и состава электролита. Например, чтобы добиться блестящего оттенка, необходимо нагреть электролит до температуры 35−55 градусов, молочного оттенка - температура должна превысить 55 градусов, матового оттенка - быть ниже 35 градусов.

А цвет может меняться от темно-голубого, агатового, синего до черного. После нанесения покрытия изделие промывают в содовом растворе и полируют специальными пастами.

Изделие перед серебрением, так же, как и в двух первых случаях, покрывается сначала никелем. Электролит изготавливается из хлористого серебра, кальцинированной соды, железно-цианистого калия и дистиллированной воды. Температура электролита не должна превышать комнатную, а в качестве анода используются пластины из графита.

Известно две разновидности гальванизации – гальваностегия и гальванопластика. В первом случае получается несъемное гальваническое покрытие, которое изменяет характеристики деталей и предметов. В зависимости от преследуемых целей, обработанные изделия приобретают новые свойства: декоративность, хорошую отражательную способность, устойчивость к механическому воздействию и коррозии, износостойкость. С помощью гальванопластики в домашних условиях или на производстве создают точные копии образцов (осажденный слой металла отделяется от матрицы).

Технология гальванизации: общие сведения

Независимо от того, выполняется или в домашних условиях, обработка осуществляется в емкости, наполненной токопроводящим раствором.

Предмет помещается между двумя растворимыми или нерастворимыми анодами и подключается к отрицательному контакту. Аноды подсоединяются к плюсовому контакту. Оптимальное соотношение площадей катода/анода – 1:1.

Процесс гальванизации запускается при замыкании электрической сети – с этого момента начинается перенос на отрицательно заряженное изделие (катод) ионов металла. В результате этого на предмете образуется покрытие нужной толщины.

Выбор типа покрытия

Если в приоритете решение технических задач (изменение электрической проводимости и антифрикционных свойств, повышение отражательной способности, прочности, устойчивости к коррозии), то применяются серебро, никель, медь. В декоративных целях обычно используются драгоценные металлы: родий, золото, серебро, палладий

Такое разделение очень условно. С помощью серебрения (золочения) удается получить качественное защитное покрытие, устойчивое к агрессивным средам. Меднение также находит применение в декоре изделий (такое покрытие подвергается дополнительной оксидной обработке).

Практика показывает: серьезно усилить прочность обрабатываемых заготовок путем гальванизации их поверхности можно только на производстве. В домашней мастерской достичь необходимого результата сложно, поэтому работа мастеров в первую очередь направлена на повышение привлекательности предмета.

Метод гальваники

Гальваника, выполняемая своими руками в домашних условиях, требует применения специального оборудования. Совсем необязательно оно должно быть профессиональным. Мастера находят доступную замену.

Подготавливая гальваническую установку своими руками, мастеру придется подыскать пластиковую или стеклянную ванну нужного объема. Требуется достаточно прочная, электроизолирующая, кислотоустойчивая емкость. В нее должны поместиться обрабатываемый предмет и нужное количество электролита и аноды.

Источник питания должен иметь регулятор выходного напряжения и тока – это позволит мастеру в процессе работы изменять параметры обработки. Обычно источником питания становится выпрямитель тока.

Важный элемент домашней установки – растворимые и нерастворимые аноды.

Чтобы процесс протекал правильно, мастера соблюдают оптимальное соотношение площадей детали и анодов (1:1). Подвесочные приспособления создают опору предмету и способствуют правильному распределению тока.

Гальваника процесс

Гальваника в домашних условиях осуществляется с применением реактивов. На этом этапе могут возникнуть сложности – многие химические вещества доступны только тем, кто предварительно получил документы разрешительного характера.

Необходимо позаботиться о правильном хранении компонентов. Реактивы, а также готовые электролиты помещают в стеклянные или прочные пластиковые емкости с крышками.

При приготовлении состава крайне важно с большой точностью отмерять все компоненты – лучше всего использовать для этого электронные весы.

Подготовительный процесс

Качество (однородность, прочность) готового покрытия напрямую зависит от правильности проведения подготовки поверхности к гальванизации. Во многих случаях удаления загрязнений и обезжиривания бывает недостаточно – может понадобиться пескоструйная обработка. Иногда требуется шлифовка специальными пастами или наждачной бумагой.

В домашних условиях для удаления жирной пленки и других загрязнений с поверхностей часто применяется спирт и другие органические растворители. Могут также использоваться обезжиривающие растворы.

При подготовке к гальванизации изделий из стали и чугуна применяется раствор, содержащий кальцинированную соду, каустик, силикатный клей (из расчета на 1 л – 50 г, 20 г и 5-15 г соответственно). Температура раствора – 70-90°С. Для очищения предметов из цветных металлов используется раствор гидрофосфата натрия и хозяйственного твердого мыла (по 10-20 г/1 л). При проведении процедуры температура составляет 90°С.

Техника безопасности

При проведении гальванических операций мастер обязан соблюдать технику безопасности. Опасность этого технологического процесса заключается в использовании токсичных химических компонентов. Усложняет ситуацию нагрев электролита до высоких температур. Вредные испарения поражают дыхательную систему, существует риск получения химических ожогов кожи и слизистой.

Работу необходимо проводить в нежилом помещении, оборудованном хорошей вентиляцией – в мастерской, пристройке, гараже. Требуется обеспечить заземление.

Глаза нужно защитить очками. Перчатки для рук должны быть достаточно мягкими, но прочными. Также понадобятся клеенчатый фартук и резиновая обувь.

Нельзя на рабочем месте пить или есть – велик риск оседания на продуктах вредных веществ, которые приведут к отравлению.

Перед началом работы стоит обязательно изучить специальную литературу с доступным описанием особенностей процесса.

Драгоценные металлы в гальванике

Гальваническое золочение (серебрение) используют для придания изделию декоративных свойств. При использовании гальванического метода, мастера получают не просто облагороженный драгоценным металлом предмет, а точную копию исходного изделия. Оно может быть как простым, так и сложным. Нанесенный на заготовку слой металла отделяется от основы.

Поверхность предметов, изготовленных из черных металлов, перед серебрением предварительно меднится. Температура раствора зависит от используемого состава. Аноды изготавливаются из серебра чистотой 999.

Процесс гальванического золочения требует использования готовых электролитов. Предварительно деталь очищается и обрабатывается для улучшения адгезии гальваническим никелем. Если предмет изготовлен из алюминия и его сплавов, нанести позолоту в домашних условиях невозможно. Позолоченный предмет тщательно промывают, а затем просушивают на воздухе.

Никель в гальванике

Слой никеля наносится на заготовку перед процедурой золочения. Никель обладает хорошими защитными свойствами – он ограждает поверхность заготовки от действия агрессивных факторов, выдерживает контакт с разными средами, препятствует окислению и коррозии.

Никелевое покрытие красиво смотрится. Толщина слоя бывает разной – от 0,8 до 55 мкм. При обработке предметов применяются сернокислые, солянокислые или сульфаминовые электролиты. Температура, кислотность, плотность тока зависят от состава раствора.

Медь в гальванике

Меднение :

ограждает поверхность заготовки от коррозии;
создает поверхностный слой с низким электрическим сопротивлением.
Стоит учесть, что без предварительного никелирования чугунные поверхности можно подвергнуть меднению только в щелочном электролите. Такой раствор находит применение на производствах.

Покрывать слоем меди или других металлов можно практически любые предметы, в том числе листья, ветки, ракушки и птичьи перья. Чтобы гальваника в домашних условиях получилась с первого раза, необходимо сделать предмет меднения электропроводным. Для этого используется графитовый спрей, а если гальваника в домашних условиях применяется к твердым предметам, можно заменить его мягким простым карандашом. Электролит, в котором происходит меднение, можно приобрести в готовом виде, а можно приготовить самостоятельно. Обычно электролит состоит из медного купороса, серной кислоты и дистиллированной воды. Если правильно высчитать пропорции, можно использовать аккумуляторный электролит вместо серной кислоты и изготовить раствор самостоятельно.

В зависимости от размеров предметов для омеднения емкость может иметь разные формы и размеры. После того как емкость заполнена электролитом, подвешивают, закрепляя на ее краях, аноды, роль которых играют медные пластины. Катод - предмет для омеднения - вешается обычно посередине между ними. Для подвешивания удобнее всего использовать среднюю по жесткости медную проволоку. Если предмет легкий и постоянно всплывает, его можно дополнительно закрепить с другого конца. Для тяжелого и сохраняющего форму предмета достаточно тонкой и мягкой проволоки, которая закрепляется на поверхности катода. Затем подключаются электроды, плюсовым концом на аноды, а минусовым - на катод. Две пластинки из меди обеспечивают равномерное распределение, в особо сложных случаях можно использовать большее количество пластин.

Блок питания включают сначала на небольшую мощность примерно 0,1 ампер до тех пор пока слоем медных ионов не обтягивает катод. Напряжение постепенно увеличивается, достигая необходимых 2 ампер. Превышение напряжения повлечет порчу покрытия. Оно останется прочным, но обязательно будут присутствовать излишняя зернистость, шероховатость и сложно будет добиться блеска. Такое покрытие не считается бракованным, и некоторые идеи требуют именно такого исполнения. В зависимости от типа омедняемой поверхности и величины предмета процесс может занимать от часа до суток. Менее чем за час можно омеднить только очень мелкие предметы тонким слоем. Необходимая толщина меди тоже имеет большое значение для времени омеднения, и для толстого слоя времени понадобится значительно больше, чем для декоративного покрытия. Вынимать предмет и оценивать полученный результат можно неограниченное количество раз.

После нескольких часов в гальванической ванне предмет, служащий катодом, целиком покрывается тонким слоем меди. Когда вся поверхность начинает блестеть, процесс гальванопластики можно считать завершенным. Затем омедненный предмет омывается в дистиллированной воде, что помогает избежать дальнейшего окисления. Если процесс происходил правильно, то слой меди будет полностью повторять фактуру выбранного предмета, вплоть до мельчайших деталей. Большого мастерства и практики требует правильное омеднение насекомых и растений таким образом, чтобы сохранить их первоначальный вид. Даже при ближайшем детальном рассмотрении видны будут волокна или структура материала, покрытого медью. Чтобы графит и медь качественно легли на поверхность предмета, перед началом омеднения его необходимо по возможности тщательно очистить.

Если параметры омедняемой вещи это позволяют, можно очистить ее перед омеднением при помощи наждачной бумаги. Это позволит снять с поверхности оксидную пленку. Хорошо обезжиривает любую поверхность горячий раствор соды, но после его использования обязательно нужно промыть вещь проточной водой. В случае если никакие средства по обезжириванию применить невозможно, как в случае с листьями, цветами или перьями, остается соблюдать все прочие рекомендации и надеяться на успех. Существует также способ омеднения деталей, без опускания их в электролит. Особенно хорошо этот способ подходит для изделий из цинка и алюминия. Чтобы применить этот способ, потребуется отрезок многожильного медного провода, или тонкая медная проволока, сложенная несколько раз. С провода снимается изоляция и он раскручивается с одной стороны, чтобы получилось подобие кисти или щетки.

Для удобства работы к другому концу этой кисти привязывается любой твердый и удобный предмет в качестве рукояти. При этом второй конец провода также зачищают и подсоединяют к источнику тока, к положительной клемме. Но напряжение для работы не должно превышать 6 В. Электролит для этого способа готовится таким же образом, как и для омеднения в любой емкости. Тару рекомендуется выбирать широкую, чтобы в нее удобно было обмакивать кисть из проволоки. Деталь, которая нуждается в омеднении, также кладется в широкую емкость с невысокими бортами, превышающую ее размеры. Изделие подсоединяется к источнику тока с отрицательной клеммой, напряжение также не должно превышать 6 В. Затем конец проволоки, превращенный в кисть, обмакивают в раствор электролита и проводят вдоль детали, предназначенной к омеднению.

Важным условием является то, что кисть не должна прикасаться к поверхности омедняемого предмета. Чтобы медь покрыла предмет тонким и ровным слоем, на нем и на конце кисти всегда должен присутствовать электролит. В этом случае отрицательно заряженная деталь может притянуть к своей поверхности ионы меди таким же образом, как и при нахождении в емкости с электролитом. Процесс требует постоянного участия человека и занимает гораздо больше времени, но при выполнении всех условий поверхность будет покрыта тонким блестящим слоем меди. Этот способ хорош для больших деталей, которым невозможно подобрать подходящую емкость для электролита. Такие большого размера предметы омедняются по частям.